化繁為簡，精益求精 |萊伯泰科色譜前處理技術之柱式SPE與膜式SPE

作為樣品前處理領域的行業先鋒，通過20余年的技術積淀，萊伯泰科已研發生產出各類成熟的色譜前處理產品，包括快速溶劑萃取儀、吹掃捕集儀、固相萃取儀、熱裂解儀、熱脫附、凝膠凈化系統等，可以多方位滿足色譜分析的前處理需求，并已廣泛服務于環境檢測、食品安全、醫療衛生、疾病控制、材料研究、生命科學等領域。

隨著色譜技術在各行業更加廣泛地應用與普及，我們特開設了“色譜前處理技術專題”，展示萊伯泰科前處理產品的新技術和應用，便于大家更全面地了解各類色譜前處理技術。

第二期：萊伯泰科柱式固相萃取與膜式固相萃取技術

一、固相萃取技術簡介[1]

固相萃取（solid phase extratction，簡稱SPE）是一種基于色譜分離的樣品前處理方法。固相萃取包括固相（具有一定官能團的固體吸附劑）和液相（樣品及溶劑）。液體樣品在正壓、負壓或重力的作用下通過裝有固體吸附劑的固相萃取裝置（固相萃取柱、固相萃取膜、固相萃取吸嘴、固相萃取芯片等）。根據使用固相萃取的目的，我們可以將固相萃取劃分為兩種模式。一種是經典的固相萃取模式，SPE柱主要是用于吸附目標化合物，稱之為目標化合物吸附模式固相萃取（targets adsorption mode SPE）。而另一種則是雜質吸附模式固相萃取（impurities adsorption mode SPE），即SPE柱主要用于吸附樣品中的雜質。

在目標化合物吸附模式中，當樣品通過SPE柱時，吸附劑的官能團與目標化合物發生作用，將目標化合物保留在柱子上，而通過SPE柱的樣品基質則被排棄。為了降低分析中雜質對目標物的干擾，在對目標化合物洗脫之前，常常要用一定的溶劑對SPE柱進行洗滌。在盡可能不損失目標化合物的前提下，最大限度地除去這些干擾物。最后，用具有一定洗脫強度的溶劑將目標化合物從SPE柱洗脫出來，供下一步分析。如下圖所示，這種模式通常包括五個步驟：①固相萃取柱的預處理（活化固相萃取柱）；②樣品過柱（添加樣品并使其通過固相萃取柱）；③洗滌（除去雜質）；④干燥（除去水分）；⑤洗脫（洗脫目標化合物）。

圖1 目標物化合物吸附模式固相萃取

在雜質吸附模式中，樣品通過SPE柱時，雜質被柱填料吸附，而目標化合物則通過SPE柱，并被收集在容器中。這種模式也稱為除雜質模式，常見于以正相材料為填料的情況中。例如，在用有機溶劑對固相萃取進行萃取后，用正相SPE柱來吸附有機萃取液中的雜質。

二、萊伯泰科固相萃取產品發展歷史

自動化固相萃取儀主要由控制系統、輸液泵、溶劑模塊、上樣系統、萃取模塊、收集模塊等組成，主要是將固相萃取的各個步驟：活化、上樣、淋洗、洗脫等通過自動化的方式來實現，可以同時處理幾個樣品，連續處理樣品量可達數十位。

萊伯泰科自發展之初，就將固相萃取產品作為重中之重，大力投入人員進行設計研發和應用拓展，經過十幾年的發展，推出了多款固相萃取產品，包括Sepline系列、Sepro系列、Sepaths UP系列、SPE1000系列，以及手動固相萃取Extrapid，為環境、食品、疾控等多個領域的客戶提供服務與支持。

圖片

圖2 萊伯泰科固相萃取產品種類

三、萊伯泰科柱式固相萃取產品特點

1.彈性膜片密封

SPE1000全自動固相萃取系統采用彈性密封片技術，通用柱密封針設計，支持1mL/3mL/6mL/12mL常規萃取柱及免疫親和柱的全自動處理，不同規格萃取柱之間無需更換固定柱插桿。密封針不接觸樣品，高位密封實現浸泡效果，使樣品與填料充分接觸。

2.獨立雙針設計

SPE1000全自動固相萃取系統采用獨立的上樣針和柱密封針設計，儀器管路未單向流路，液體在管路內無需往復即可進入固相萃取柱，大大節省實驗時間。同時，雙針均采用耐腐蝕設計，處理后表面不易掛液，方便清洗以避免交叉污染。

柱密封針可適配不同規格固相萃取柱，無需更換可在同一個序列批表中實現全自動連續處理1mL/3mL/6mL等規格固相萃取柱。

3.連續處理高通量

SPE1000全自動固相萃取系統為八通道設計，可同時處理8個樣品，連續處理量標配為64個，至多可連續處理80個樣品。

4.樣品架、收集架多樣化

SPE1000全自動固相萃取系統可配置10mL、20mL、60mL、80mL等多種樣品架及收集架，另有帶尾管的40-1mL濃縮杯可選，樣品架及收集架可與同品牌的平行濃縮儀、凝膠凈化系統通用，滿足實驗室各種應用方法需求。

5.串柱功能

SPE1000全自動固相萃取支持串柱功能，可實現128支固相萃取柱串聯，并兼容3mL和6mL萃取柱。

6.自動噴淋功能

SPE1000全自動固相萃取系統可實現大、小體積自動噴淋樣品功能，氮氣吹掃噴淋溶劑加強噴淋效果，以實現樣品全上樣并提高目標物回收率。

7.多溶劑和廢液收集配置

SPE1000全自動固相萃取系統溶劑管理系統標配8種溶劑接口和1種清洗溶劑接口，標配七個1L溶劑瓶和兩個2L溶劑瓶，可選4L以及更大體積。

四種廢液接口，包含廢水、一般有機廢液、劇毒廢液和含氯廢液通道，實現廢液的分類收集。

8.儀器避光設計

SPE1000全自動固相萃取系統采用避光設計，可適用于對光敏感的樣品進行固相萃取，例如樣品中亞硝胺類物質的萃取等。

9.內置照明和攝像

SPE1000全自動固相萃取系統內置照明和雙攝像頭，利用本機監控攝像頭，通過本機控制終端可以實時觀察到儀器內部的運行狀態。

10．在線干燥除水

SPE1000全自動固相萃取系統可實現水質萃取實驗中在線氮吹干燥，確保洗脫液中無水分殘留。

四、膜式固相萃取

在環境水質前處理過程中，固相萃取起到十分重要的作用，常用的萃取柱填料類型包括十八烷基鍵合硅膠（C18）、苯乙烯-二乙烯苯（SDB）、N-乙烯吡啶咯烷酮-二乙烯基苯共聚物基質（HLB），以及離子交換等。固相萃取柱上樣流速通常控制在一個較小的水平，一般為10mL/min，最快可達到20mL/min。針對一些大體積樣品（1L以上），單獨上樣時間就需要50-100min，大大降低了實驗效率。固相萃取膜由于其表面積大、流速快（最快可達100mL/min）的特點，更適用于各種大體積的水樣，例如飲用水、地表水、廢水等樣品中有毒有害物質的萃取。美國環保署（USEPA）EPA 3535A中就建議使用固相萃取膜對下表中的化合物進行萃取[1]。

表1 EPA 3535A中固相萃取膜片萃取的化合物種類

2015年10月1日，萊伯泰科并購具有46年發展歷史的CDS Analytical公司，增添了熱裂解、熱解析、吹掃捕集等新產品，使前處理產品更加多樣化。2019年4月5日，萊伯泰科旗下CDS公司完成對3M旗下子公司EmporeTM品牌資產的收購，包括生產線、設備、生產工藝、配方、專利使用權，商標、銷售渠道和用戶信息。通過此次收購，CDS公司將其業務擴展到實驗室耗材領域，為廣大環境、食品、藥品分析實驗室提供一站式SPE分離儀器和耗材服務。通過此次收購，CDS將其50年高質量分析儀器制造能力擴展到分離科學中的傳奇膜產品制造領域。

為宣傳膜式固相萃取的高效特點，萊伯泰科依托耗材優勢，研發出多款膜式固相萃取產品，包括Sepaths UP全自動柱-膜通用固相萃取系統、Extrapid柱-盤手動固相萃取儀，以及D-SPE全自動固相萃取系統，三款儀器的萃取類型可見表2列舉內容。

表2 萊伯泰科膜式固相萃取產品

作為萊伯泰科膜式固相萃取的主打產品，Sepaths UP全自動柱-膜通用固相萃取系統具有如下特點：

柱膜通用：萃取柱兼容1/3/6mL三種規格，并可適配47mm萃取膜

高流速：搭配EmporeTM萃取膜，可實現最大100mL/min的上樣流速，大大提高實驗效率

多通道并行：Sepaths UP可實現1-12個樣品的固相萃取處理

在線除水：Sepaths UP可搭配在線氮吹、無水硫酸鈉柱和疏水膜三種除水方式

樣品瓶噴淋：大體積樣品瓶噴淋功能，以實現全上樣、提高目標物回收率

在線濃縮：Sepaths UP可搭載金屬浴加熱在線氮吹模塊，具備自動定容功能

五、固相萃取技術的最新應用及展望

作為一項樣品前處理技術，固相萃取在諸多領域已經得到廣泛應用，環境中的有機污染物檢測、食品領域的農藥獸藥殘留、司法鑒定中毒物和精神藥品、中藥以及生命科學領域都有固相萃取技術的身影。同時，近些年在國內逐漸興起的新型污染物檢測，像全氟化合物、抗生素、六溴環十二烷等樣品前處理過程都需要固相萃取技術。

傳統的固相萃取技術，處理時間長、溶劑消耗量大，針對此種情況，萊伯泰科在Astation全自動多功能樣品制備進樣平臺上進行微固相萃取的領域拓展，微固相萃取需要很少的樣品量和溶劑（幾十到幾百微升），并可實現在線處理，大大提高實驗效率。同時，萊伯泰科計劃將傳統的自動化固相萃取儀器向融入智能化實驗室、遠程操作、便攜式固相萃取系統等方面發展。另外，在膜式固相萃取中，將繼續完善產品，突出萃取膜的優勢，并進一步拓展其在生命科學等領域的新應用。

六、參考資料

[1]陳小華,汪群杰.固相萃取技術與應用[M].北京:科學出版社,2010:8-9.